系列文章目录
1. stm32之SPI通信协议
2. stm32之软件SPI读写W25Q64存储器应用案例
3. stm32之SPI通信外设
文章目录
- 系列文章目录
- 前言
- 一、电路接线图
- 二、应用案例代码
- 三、应用案例代码分析
- 3.1 基本思路
- 3.2 相关库函数介绍
- 3.3 MySPI模块
- 3.3.1 模块初始化
- 3.3.2 SPI基本时序单元模块
前言
提示：本文主要用作在学习江科大自化协STM32入门教程后做的归纳总结笔记，旨在学习记录，如有侵权请联系作者
本案例使用硬件SPI外设通信的方式实现了STM32与W25Q64 Flash存储器的通信，完成了常见的Flash存储器操作如读ID、页写、扇区擦除、读取数据等。
一、电路接线图
下图所示为W25Q64模块硬件接线图，左边是W25Q64模块作为从机，右边是stm32作为主机。本案例选用SPI1外设作为通信，经查阅引脚定义表可知，其中PA4对应主机的从机选择线SPI1_NSS连接到从机的CS引脚，PA5对应主机的时钟同步线SPI1_SCK连接到从机的CLK引脚，PA6对应主机的主机输入从机输出线SPI1_MISO连接到从机的DO引脚，PA7对应主机的主机输出从机输入线SPI1_MOSI连接到从机的DI引脚。最后，W25Q64模块的VCC和GND分别接到stm32的电源正负极进行供电。
二、应用案例代码
MySPI.h：
#ifndef __MYSPI_H
#define __MYSPI_H
void MySPI_Init(void);
void MySPI_Start(void);
void MySPI_Stop(void);
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend);
#endif
MySPI.c：
#include "stm32f10x.h" // Device header
void MySPI_W_SS(uint8_t BitValue)
{
GPIO_WriteBit(GPIOA, GPIO_Pin_4, (BitAction)BitValue);
}
void MySPI_Init(void)
{
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_128;
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
MySPI_W_SS(1);
}
void MySPI_Start(void)
{
MySPI_W_SS(0);
}
void MySPI_Stop(void)
{
MySPI_W_SS(1);
}
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) != SET);
SPI_I2S_SendData(SPI1, ByteSend);
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) != SET);
return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}
W25Q64_Ins.h：
#ifndef __W25Q64_INS_H
#define __W25Q64_INS_H
#define W25Q64_WRITE_ENABLE 0x06
#define W25Q64_WRITE_DISABLE 0x04
#define W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1 0x05
#define W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_2 0x35
#define W25Q64_WRITE_STATUS_REGISTER 0x01
#define W25Q64_PAGE_PROGRAM 0x02
#define W25Q64_QUAD_PAGE_PROGRAM 0x32
#define W25Q64_BLOCK_ERASE_64KB 0xD8
#define W25Q64_BLOCK_ERASE_32KB 0x52
#define W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB 0x20
#define W25Q64_CHIP_ERASE 0xC7
#define W25Q64_ERASE_SUSPEND 0x75
#define W25Q64_ERASE_RESUME 0x7A
#define W25Q64_POWER_DOWN 0xB9
#define W25Q64_HIGH_PERFORMANCE_MODE 0xA3
#define W25Q64_CONTINUOUS_READ_MODE_RESET 0xFF
#define W25Q64_RELEASE_POWER_DOWN_HPM_DEVICE_ID 0xAB
#define W25Q64_MANUFACTURER_DEVICE_ID 0x90
#define W25Q64_READ_UNIQUE_ID 0x4B
#define W25Q64_JEDEC_ID 0x9F
#define W25Q64_READ_DATA 0x03
#define W25Q64_FAST_READ 0x0B
#define W25Q64_FAST_READ_DUAL_OUTPUT 0x3B
#define W25Q64_FAST_READ_DUAL_IO 0xBB
#define W25Q64_FAST_READ_QUAD_OUTPUT 0x6B
#define W25Q64_FAST_READ_QUAD_IO 0xEB
#define W25Q64_OCTAL_WORD_READ_QUAD_IO 0xE3
#define W25Q64_DUMMY_BYTE 0xFF
#endif
W25Q64.h：
#ifndef __W25Q64_H
#define __W25Q64_H
void W25Q64_Init(void);
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID);
void W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint16_t Count);
void W25Q64_SectorErase(uint32_t Address);
void W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Count);
#endif
W25Q64.c：
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "MySPI.h"
#include "W25Q64_Ins.h"
void W25Q64_Init(void)
{
MySPI_Init();
}
void W25Q64_ReadID(uint8_t *MID, uint16_t *DID)
{
MySPI_Start();
MySPI_SwapByte(W25Q64_JEDEC_ID);
*MID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);
*DID = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);
*DID <<= 8;
*DID |= MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);
MySPI_Stop();
}
void W25Q64_WriteEnable(void)
{
MySPI_Start();
MySPI_SwapByte(W25Q64_WRITE_ENABLE);
MySPI_Stop();
}
void W25Q64_WaitBusy(void)
{
uint32_t Timeout;
MySPI_Start();
MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_STATUS_REGISTER_1);
Timeout = 100000;
while ((MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE) & 0x01) == 0x01)
{
Timeout --;
if (Timeout == 0)
{
break;
}
}
MySPI_Stop();
}
void W25Q64_PageProgram(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint16_t Count)
{
uint16_t i;
W25Q64_WriteEnable();
MySPI_Start();
MySPI_SwapByte(W25Q64_PAGE_PROGRAM);
MySPI_SwapByte(Address >> 16);
MySPI_SwapByte(Address >> 8);
MySPI_SwapByte(Address);
for (i = 0; i < Count; i ++)
{
MySPI_SwapByte(DataArray[i]);
}
MySPI_Stop();
W25Q64_WaitBusy();
}
void W25Q64_SectorErase(uint32_t Address)
{
W25Q64_WriteEnable();
MySPI_Start();
MySPI_SwapByte(W25Q64_SECTOR_ERASE_4KB);
MySPI_SwapByte(Address >> 16);
MySPI_SwapByte(Address >> 8);
MySPI_SwapByte(Address);
MySPI_Stop();
W25Q64_WaitBusy();
}
void W25Q64_ReadData(uint32_t Address, uint8_t *DataArray, uint32_t Count)
{
uint32_t i;
MySPI_Start();
MySPI_SwapByte(W25Q64_READ_DATA);
MySPI_SwapByte(Address >> 16);
MySPI_SwapByte(Address >> 8);
MySPI_SwapByte(Address);
for (i = 0; i < Count; i ++)
{
DataArray[i] = MySPI_SwapByte(W25Q64_DUMMY_BYTE);
}
MySPI_Stop();
}
main.c：
#include "stm32f10x.h" // Device header
#include "Delay.h"
#include "OLED.h"
#include "W25Q64.h"
uint8_t MID;
uint16_t DID;
uint8_t ArrayWrite[] = {0x01, 0x02, 0x03, 0x04};
uint8_t ArrayRead[4];
int main(void)
{
OLED_Init();
W25Q64_Init();
OLED_ShowString(1, 1, "MID: DID:");
OLED_ShowString(2, 1, "W:");
OLED_ShowString(3, 1, "R:");
W25Q64_ReadID(&MID, &DID);
OLED_ShowHexNum(1, 5, MID, 2);
OLED_ShowHexNum(1, 12, DID, 4);
W25Q64_SectorErase(0x000000);
W25Q64_PageProgram(0x000000, ArrayWrite, 4);
W25Q64_ReadData(0x000000, ArrayRead, 4);
OLED_ShowHexNum(2, 3, ArrayWrite[0], 2);
OLED_ShowHexNum(2, 6, ArrayWrite[1], 2);
OLED_ShowHexNum(2, 9, ArrayWrite[2], 2);
OLED_ShowHexNum(2, 12, ArrayWrite[3], 2);
OLED_ShowHexNum(3, 3, ArrayRead[0], 2);
OLED_ShowHexNum(3, 6, ArrayRead[1], 2);
OLED_ShowHexNum(3, 9, ArrayRead[2], 2);
OLED_ShowHexNum(3, 12, ArrayRead[3], 2);
while (1)
{
}
}
完整工程：stm32之硬件SPI读写W25Q64存储器
三、应用案例代码分析
有了上一章节软件SPI的基础，那么我们只需要在原有的基础上将软件SPI的接口直接改写成硬件实现就行了，具体来说就是只需要修改MySPI_Init以及MySPI_SwapByte函数的内部实现即可，这就是模块化封装的好处。我们先来看一下SPI的硬件基本结构图。
3.1 基本思路
- 第一步，开启时钟，使能SPI和GPIO时钟。
- 第二步，初始化GPIO口，配置相应GPIO口的引脚模式。
- 第三步，配置SPI外设，调用SPI_Init函数完成初始化配置。
- 第四步，SPI使能，调用SPI_Cmd函数开启SPI外设。
以上就是SPI初始化函数的基本思路了，接下来我们只需要在上一章软件SPI通信模块的基础上进行修改即可，把软件实现的时序用硬件SPI接口替换掉。
3.2 相关库函数介绍
老规矩，还是先来看一下操作SPI外设的相关函数。找到stm32f10x_spi.h然后拉到最后，可以发现这里很多的函数都带了个I2S，因为SPI和I2S共用同一套电路，我们不需要使用I2S，直接当它不存在就行了。
其实学完了这么多的外设可以发现，很多东西都是一个套路，像下面这些函数都是经常见的了，不过是换了个外设的名称，功能都是差不多的，这里就简单讲一下就好了。
void SPI_I2S_DeInit(SPI_TypeDef* SPIx);
void SPI_Init(SPI_TypeDef* SPIx, SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct);
void SPI_StructInit(SPI_InitTypeDef* SPI_InitStruct);
void SPI_Cmd(SPI_TypeDef* SPIx, FunctionalState NewState);
void SPI_I2S_ITConfig(SPI_TypeDef* SPIx, uint8_t SPI_I2S_IT, FunctionalState NewState);
void SPI_I2S_DMACmd(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_I2S_DMAReq, FunctionalState NewState);
- SPI_I2S_DeInit，恢复缺省配置。
- SPI_Init，SPI外设初始化。
- SPI_StructInit，结构体变量初始化。
- SPI_Cmd，SPI外设使能。
- SPI_I2S_ITConfig，中断使能。
- SPI_I2S_DMACmd，DMA使能。
接下来是SPI比较重要的两个函数，发送与接收一个字节函数
void SPI_I2S_SendData(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t Data);
uint16_t SPI_I2S_ReceiveData(SPI_TypeDef* SPIx);
最后就是一些获取标志位和清除标志位的相关函数，我们主要会用到SPI_I2S_GetFlagStatus来获取TXE和RXNE标志位的状态，再配合写DR和读DR的函数就能控制时序的产生了。
FlagStatus SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_I2S_FLAG);
void SPI_I2S_ClearFlag(SPI_TypeDef* SPIx, uint16_t SPI_I2S_FLAG);
ITStatus SPI_I2S_GetITStatus(SPI_TypeDef* SPIx, uint8_t SPI_I2S_IT);
void SPI_I2S_ClearITPendingBit(SPI_TypeDef* SPIx, uint8_t SPI_I2S_IT);
ok，库函数的介绍就到这里，下面我们就进入正题吧！Let ’s go ！
3.3 MySPI模块
3.3.1 模块初始化
1. 开启时钟
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE);
RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_SPI1, ENABLE);
注意：SPI1是APB2侧的外设
2. 初始化GPIO口
GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_Out_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_4;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_5 | GPIO_Pin_7;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPU;
GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_6;
GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);
其中SCK（PA5）和MOSI（PA7）是由硬件外设控制的输出信号，所以配置为复用推挽输出。MISO（PA6）是硬件外设的输入信号，我们可以配置为上拉输入（因为输入设备可以有多个，所以不存在复用输入这种东西，直接配置为上拉输入即，普通GPIO口能输入，外设也能输入）。最后还有SS（PA4）引脚，SS引脚是软件控制的输出信号，所以配置为通用推挽输出即可。
3. 配置SPI外设
SPI_InitTypeDef SPI_InitStructure;
SPI_InitStructure.SPI_Mode = SPI_Mode_Master;
SPI_InitStructure.SPI_Direction = SPI_Direction_2Lines_FullDuplex;
SPI_InitStructure.SPI_DataSize = SPI_DataSize_8b;
SPI_InitStructure.SPI_FirstBit = SPI_FirstBit_MSB;
SPI_InitStructure.SPI_BaudRatePrescaler = SPI_BaudRatePrescaler_128;
SPI_InitStructure.SPI_CPOL = SPI_CPOL_Low;
SPI_InitStructure.SPI_CPHA = SPI_CPHA_1Edge;
SPI_InitStructure.SPI_NSS = SPI_NSS_Soft;
SPI_InitStructure.SPI_CRCPolynomial = 7;
SPI_Init(SPI1, &SPI_InitStructure);
以下是关于SPI初始化配置各个参数的解析：
- SPI_Mode：SPI的模式，这里选择SPI_Mode_Master，即SPI1 被配置为主设备。
- SPI_Direction：这里选择SPI_Direction_2Lines_FullDuplex，SPI 工作在全双工模式。
- SPI_DataSize：这里选择SPI_DataSize_8b，数据大小为 8 位。
- SPI_FirstBit：这里选择为SPI_FirstBit_MSB，数据按最高有效位 (MSB) 先发送。
- SPI_BaudRatePrescaler：这里选择为SPI_BaudRatePrescaler_128，SPI 时钟源频率被分频为 128。
- SPI_CPOL：这里选择为SPI_CPOL_Low，空闲时钟极性SCK为低电平。
- SPI_CPHA：这里选择为SPI_CPHA_1Edge，数据在第一个时钟边沿进行采样。
- SPI_NSS：这里选择为SPI_NSS_Soft：NSS 信号通过软件控制，不使用硬件 NSS 管脚管理。
- SPI_CRCPolynomial：这里选择为SPI_CRCPolynomial 设置为 7，虽然这里没有启用 CRC 校验，但必须指定一个多项式。
这里要注意一下的就是SPI_CPOL以及SPI_CPHA配置的是模式0。
4. SPI使能
SPI_Cmd(SPI1, ENABLE);
最后别忘了置SS为默认高电平状态，不选择从机。
MySPI_W_SS(1);
3.3.2 SPI基本时序单元模块
1. 起始与终止信号
void MySPI_Start(void)
{
MySPI_W_SS(0);
}
void MySPI_Stop(void)
{
MySPI_W_SS(1);
}
这个跟软件SPI一样，SS引脚我们采用软件控制GPIO口的方式来进行控制。
2. 交换一个字节
uint8_t MySPI_SwapByte(uint8_t ByteSend)
{
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_TXE) != SET);
SPI_I2S_SendData(SPI1, ByteSend);
while (SPI_I2S_GetFlagStatus(SPI1, SPI_I2S_FLAG_RXNE) != SET);
return SPI_I2S_ReceiveData(SPI1);
}
在这里我们使用的是SPI主模式全双工非连续传输的方式，这种传输方式的逻辑大概就是：
- 第一步，等待TXE标志位为1，发送寄存器为空。
- 第二步，写入DR，将数据写入TDR。
- 第三步，等待RXNE标志位为1，接受寄存器非空。
- 第四步，读取DR，从RDR中读取数据。
ok，到这里关于硬件SPI读写W25Q64存储器的分析就到这里了，剩下的还有W25Q64模块以及主程序代码逻辑的分析在软件SPI那一章已经详细地分析过了，这里就不再累述了。
